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中國科大在量子密鑰分發實際安全性研究方面取得新進展

2019/9/25編輯:Ma Liang 人氣:1076

      中國科技大學郭光燦院士團隊的王雙、陳巍、銀振強、韓正甫等人提出并驗證了一種可以有效抵御量子密鑰分發系統探測器控制攻擊的方法,為提高實用化BB84量子密鑰分發系統的安全性提供了新思路。該研究成果于2019911日發表在權威期刊《Optica》上。

量子密鑰分發是量子信息領域實用化程度最高的技術,它在協議上允許異地通信雙方共享信息論安全的密鑰。由于實際器件的不完美,單光子探測器是量子密鑰分發系統接收端最容易被攻擊的核心器件。探測器控制攻擊是其中最主要的一類探測器側信道攻擊方法。攻擊者采取截取-重發策略,在特定條件下可以控制接收端單光子探測器的輸出信號,從而竊取密鑰而不被感知。采用測量器件無關的量子密鑰分發協議可以徹底消除單光子探測器的漏洞,然而該協議尚未在已有的量子密鑰分發試驗網絡中得到廣泛部署;另一類有效方案是針對探測器的具體漏洞采取防御措施,其實施方法與探測器的實現細節相關,只能解決針對具體漏洞的特定攻擊。例如,監控雪崩光電二極管的光電流可以有效防御探測器致盲控制攻擊,但該方法難以同時防御韓正甫課題組最近提出的雪崩過渡區攻擊(Physical Review Applied, 10, 064062(2018))

為了有效抵御探測器控制攻擊,韓正甫研究組提出一種可變衰減探測器防御模型:該模型將單光子探測器作為一個黑盒子,通過在單光子探測器前增加一個可變衰減器,并隨機改變可變衰減器的衰減值。根據理論上嚴格證明的防御判據,對計數率和量子比特誤碼率進行對比分析,可以有效防御這一類探測器控制攻擊。同時,由于該防御模型和探測器具體的實現方式無關,因此適用于半導體單光子探測器、超導探測器以及光電倍增管等多種單光子探測器。

  該防御方法只需將現有量子密鑰分發系統中的單光子探測器替換成可變衰減單光子探測器,在系統實際安全性和復雜性之間取得了較好的平衡。該方法提供的新思路不依賴于探測器的具體技術參數,有普適性,可有效用于量子密鑰分發系統的安全性測評和標準化。

博士生錢泳君和高級工程師何德勇是文章的共同第一作者,王雙教授為文章的通訊作者。這項工作得到了科技部、國家自然科學基金委、中科院和安徽省的資助。

文章鏈接:

 

(中科院量子信息重點實驗室、中科院量子信息和量子科技創新研究院、科研部)


 

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(來源: 中國科大 )

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